大跨度桥梁施工监控与成桥荷载试验关键技术研究

1. 引言

交通基建发展下，大跨度桥梁应用多，但施工复杂、结构受力敏感，施工监控与荷载试验保障其安全和性能意义重大。

当下，国内外施工监控用传统技术存在多源数据融合及实时修正不足，荷载试验靠静态加载与人工检测，效率低、数据离散。虽有 BIM 等新技术带来思路，可系统应用仍需深入探究。

本文结合 BIM 与多源传感技术构建施工误差动态修正模型，还提出分布式光纤与无人机协同的荷载试验法，通过工程案例验证有效性，旨在助力大跨度桥梁施工与评估，提供相应技术参考。

2. 大跨度桥梁施工监控关键技术

2.1 施工监控体系架构

大跨度桥梁施工监控系统按 “监测 - 分析 - 反馈” 闭环控制模式运作，含几何线形、应力应变、索力和环境监测四大模块。借建立三维控制网，于关键施工节点布高精度传感器采集数据，以设计参数为基准，偏差控制在 ±L/5000（L 为跨径）内，保障结构符合设计要求。

2.2 BIM 与多源传感数据融合

基于 BIM 平台构建桥梁数字孪生模型，集成全站仪、GPS、倾角仪、光纤光栅传感器等多源监测数据。采用卡尔曼滤波算法对数据进行实时融合处理，解决单一传感器测量局限性问题。通过开发数据接口程序，实现监测数据与 BIM 模型的自动更新，达到每 10 分钟一次的刷新频率，为施工决策提供实时依据。

2.3 环境与材料时变特性建模

针对环境因素，建深度学习时变预测模型，经长期数据训练可提前 4小时预测环境参数变化。同时考虑混凝土、钢材的时变特性，采用 AEMM法分析材料，修正监测数据时效性偏差。

2.4 误差修正与精度控制

提出分级预警机制：当监测值超出允许值 50% 时触发一级预警，超出80% 时触发二级预警。开发自适应调整算法，根据误差大小自动生成调整方案，如索力调整量、梁段标高等。在某斜拉桥应用中，该系统将主梁线形控制精度提升至 ±8mm ，索力控制误差降至 1.2% ，显著优于传统监控方法。

3. 成桥荷载试验优化方法

3.1 试验标准与评价体系

基于 JTG/T J21-2019《公路桥梁荷载试验规程》，建立三级评价指标体系：一级指标为结构整体刚度（实测挠度/ 理论值 ⩽1.05 ），二级指标为局部应力状态（实测应力 / 容许应力 ⩽0.8 ），三级指标为动力特性（基频偏差 ⩽5% ）。针对大跨度桥梁特点，特别增加" 索力重分布系数"（≤1.15）和" 支座位移协调性" 等专项评价指标。

3.2 分布式光纤与无人机协同检测

研发 BOTDR 分布式光纤传感系统，沿主梁腹板、索塔等关键部位布设传感光缆，实现应变场连续监测（空间分辨率 0.5m ）。配合无人机搭载红外热像仪与高清相机，构建 " 地面光纤 + 空中视觉 " 的立体监测网络。试验表明，该方案可将传统测点数量减少 60% ，数据采集效率提升 3 倍，且能识别出人工检测难以发现的 0.1mm 级裂缝。

3.3 静动载试验工况优化

提出" 等效最不利荷载法 " ：通过影响线分析确定控制截面，采用32轴重载车辆（总重 480t）进行分级加载（ 20%-40%-60%-80%-100%), 。动载试验创新性地引入环境激励法，利用车桥耦合振动响应反演结构模态参数。在某悬索桥应用中，仅用 12 小时即完成传统方法需 36 小时的试验内容，且获得的基频测试精度达 99.2% 。

3.4 结构性能评估模型

建立基于机器学习的性能评估系统：首先通过有限元模型生成 10 万组训练数据，然后采用 XGBoost 算法构建 " 荷载 - 响应 " 预测模型。该系统可实时对比实测数据与预测值，当偏差超过阈值时自动触发预警。工程应用显示，评估模型对结构异常状态的识别准确率达到 92.7% ，误报率控制在 3% 以下。

4. 工程应用与案例分析

本研究以某主跨 808 米的钢箱梁斜拉桥为工程背景，系统验证了所提出的施工监控与荷载试验技术体系的实用价值。该桥梁采用半漂浮体系，索塔高达 286 米，共设置 168 对斜拉索，地处沿海复杂环境，面临台风、盐雾腐蚀等多重挑战。在 18 个月的施工周期中，基于 BIM 与多源传感的监控系统累计采集数据达 2.3TB，取得了显著成效：主梁合龙误差控制在9mm 以内（仅为规范允许值的 30% ），索塔偏位不超过 12mm ；168 对斜拉索的平均张拉力误差仅 1.8% ，钢箱梁应力监测偏差 4.2% ；系统累计发出37 次有效预警，成功避免了3 次重大施工偏差，展现出卓越的预警能力。

在成桥荷载试验阶段，采用 40 辆 35t 重载车（总重 1400t）进行分级加载，全面评估了桥梁性能。试验数据显示：主跨最大挠度 452mm ，校验系数 1.06，满足规范要求；钢箱梁顶板最大应力 231MPa ，为容许值的78% ；索力最大增幅 8.7% ，动力特性测试结果与理论值吻合良好；同时，通过高精度检测发现 3 处微小表面裂缝（ ⩽0.15mm ），经评估不影响结构安全。与传统方法相比，本技术体系在多个维度展现突出优势：综合成本降低 42% ，数据处理速度提升 5 倍，索力测量精度提高近一倍，并实现了对索塔偏位超限等5 类风险的有效预警。

特别值得关注的是，在台风季施工期间，该系统成功经受住了 32m/ s 最大风速的严峻考验，充分证明了其在恶劣环境下的可靠性。后续监测数据还揭示了一个重要现象：成桥 3 个月后的徐变变形量较预测值减小15% ，这一发现不仅验证了施工控制效果的长期效益，更为后续类似工程的徐变预测模型优化提供了宝贵参考。本案例的成功实施，为特大跨径桥梁的智能建造与安全评估树立了新的技术标杆，其经验和方法可推广应用于各类大跨度桥梁工程。

5. 结论与展望

本研究在大跨度桥梁施工监控与荷载试验关键技术上有重要突破。建立融合 BIM 与多源传感数据的施工监控体系及误差修正模型，提高了施工精度；提出分布式光纤与无人机协同检测法，解决传统荷载试验难题。

技术创新上，实现施工数字孪生与实时反馈控制，研发的评估系统提升智能化水平，且在工程验证中效益显著。

展望未来，建议从四方面深入研究：数字孪生技术中探索与运营养护衔接；智能算法里开发自学习预警模型；监测技术上研究新兴技术应用；可持续发展方面探索协同优化。成果可推广至多种大跨桥梁工程，随着智能建造进步，其施工监控与性能评估将朝精准、智能、绿色方向发展，助力现代桥梁建设。

参考文献：

[1] 吴 腾 飞 . 大 跨 度 桥 梁 施 工 监 控 技 术 及 应 用 [J]. 内 江 科技 ,2024,45(12):60-61.

[2] 张荣华 . 大跨度预应力混凝土桥梁施工监控技术的应用分析 [J]. 科技资讯 ,2023,21(1):105-108.

[3] 付烨 , 白嵩 , 陈果 , 等 . V 型刚构 - 拱组合桥受力行为、施工监控与成桥荷载试验分析 [J]. 重庆建筑 ,2021,20(z1):12-14.

[4] 熊海涛, 刘志东, 胡友强, 等. 大跨径混凝土斜拉桥荷载试验研究[J].公路交通科技 ,2022,39(8):86-93.